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3 métamatériaux acoustiques que vous ne connaissiez probablement pas

3 métamatériaux acoustiques que vous ne connaissiez probablement pas

Les métamatériaux sont des prouesses incroyables de l'ingénierie et de la science. En combinant divers matériaux de base d'une manière spécifique, ils peuvent être utilisés pour manipuler des choses comme la lumière et le son d'une manière qui n'est pas vue dans la nature.

Par exemple, voulez-vous construire un dispositif de camouflage? Vous voudrez peut-être envisager d'utiliser des métamatériaux.

Ici, nous explorons quelques caractéristiques de base des métamatériaux et présentons trois développements actuels dans la science des métamatériaux.

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Que sont les métamatériaux et comment fonctionnent-ils?

Un métamatériau est un matériau artificiellement structuré qui est capable de présenter des propriétés électromagnétiques extraordinaires qui ne sont pas visibles ou disponibles dans la nature. Ils ont été développés pour la première fois au début des années 2000 et sont depuis devenus un domaine interdisciplinaire de recherche et développement en pleine croissance.

"Les propriétés des métamatériaux sont adaptées en manipulant leur structure physique interne. Cela les rend remarquablement différents des matériaux naturels, dont les propriétés sont principalement déterminées par leurs constituants chimiques et leurs liaisons." - Encyclopédie Britannica.

Ces matériaux ont tendance à être fabriqués à partir de structures artificielles distribuées au hasard ou périodiquement dont la taille et l'espace sont beaucoup plus petits que les longueurs d'onde du rayonnement EM entrant. Un exemple courant de métamatériaux est celui des résonateurs à anneau fendu (SRR).

Comment sont fabriqués les métamatériaux?

Les métamatériaux sont une forme de matériaux d'ingénierie qui ont reçu des propriétés que l'on ne trouve normalement pas dans la nature.

"Ils sont fabriqués à partir d'assemblages d'éléments multiples fabriqués à partir de matériaux composites tels que les métaux et les plastiques. Les matériaux sont généralement disposés en motifs répétitifs, à des échelles plus petites que les longueurs d'onde des phénomènes qu'ils influencent." - Wikipédia.

Les propriétés des métamatériaux ne sont pas tant dérivées de leurs matériaux constitutifs que de leur structure finale conçue et fabriquée.

"Leur forme, leur géométrie, leur taille, leur orientation et leur disposition précises leur confèrent des propriétés intelligentes capables de manipuler les ondes électromagnétiques: en bloquant, en absorbant, en améliorant ou en pliant les ondes, pour obtenir des avantages qui vont au-delà de ce qui est possible avec les matériaux conventionnels." - Wikipédia.

La structure de chaque métamatériau est dictée par le phénomène naturel avec lequel ils ont été conçus pour manipuler ou influencer. Cela pourrait affecter la lumière visible, le son ou l'électricité, pour n'en citer que quelques-uns.

Qu'est-ce qu'un indice de réfraction négatif?

Vous êtes probablement familier avec le concept de réfraction selon lequel la lumière se plie lorsqu'elle traverse un milieu, comme l'eau. Avec des indices de réfraction négatifs, comme son nom l'indique, la lumière est en fait "réfléchie" lors de la transition d'un milieu d'indice positif à négatif, plutôt que d'être réfractée.

Les métamatériaux ayant cette propriété ont tendance à être construits à partir de pièces périodiquement espacées appelées cellules unitaires. Ces cellules sont généralement nettement plus petites que la longueur d'onde du rayonnement électromagnétique externe.

Cette propriété de certains métamatériaux permet aux scientifiques et aux ingénieurs de créer des choses comme une lentille plate pour des dispositifs optiques. Ceux-ci sont moins chers à fabriquer, généralement plus légers, et peuvent être utilisés pour de nombreuses applications au-delà de la simple focalisation de la lumière.

Qu'est-ce que la permittivité négative?

La permittivité négative est la mesure de la résistance d'un matériau à un champ électrique et de son interaction avec un milieu diélectrique. La permittivité d'un milieu décrit la force d'un champ électrique (plus correctement, le flux) est «généré» par unité de charge dans ce milieu.

C'est un principe fondamental sur lequel sont basés des éléments comme les condensateurs.

"Il existe plus de flux électrique dans un milieu à faible permittivité (par unité de charge) en raison des effets de polarisation. La permittivité est directement liée à la susceptibilité électrique, qui est une mesure de la facilité avec laquelle un diélectrique se polarise en réponse à un champ électrique. Ainsi, la permittivité concerne la capacité d'un matériau à résister à un champ électrique. " - researchgate.net.

Par conséquent, quelque chose comme un métamatériau avec une permittivité négative aura une non-résistance à un champ électrique donné.

L'inverse de la permittivité négative est appelé, sans surprise, permittivité absolue. Il s'agit de la mesure de la résistance rencontrée lorsqu'un champ électrique est créé dans un milieu donné.

Quelques exemples de métamatériaux acoustiques

Les métamatériaux acoustiques, comme leur nom l'indique, sont des matériaux créés artificiellement qui sont spécifiquement conçus pour contrôler, diriger et manipuler les ondes sonores.

Voici quelques développements récents.

1. Ce métamatériau peut en fait annuler le son

Des chercheurs de l'Université de Boston ont récemment réussi à créer un métamatériau qui peut en fait «annuler le son». Leur structure en forme d'anneau était capable de couper les sons tout en maintenant le flux d'air en même temps.

Ce type de métamatériau pourrait avoir des applications intéressantes en tant que forme d'atténuation sonore légère et discrète. Il pourrait être utilisé sur des choses comme les drones pour annuler leur bruit ou comme isolation phonique dans les bâtiments.

2. Ce métamatériau acoustique peut en fait concentrer le son

Des chercheurs des universités de Sussex et de Bristol au Royaume-Uni travaillent à la création d'un métamatériau capable de concentrer le son. En cas de succès, il pourrait être utilisé pour produire des haut-parleurs ou des microphones super ciblés.

Ils fonctionnent en focalisant les ondes sonores comme un objectif peut focaliser la lumière. Et le meilleur? Ils sont en partie construits à partir de briques LEGO!

Surnommé «Vari-Sound», ce matériau pourrait également avoir des applications dans les théâtres où la qualité sonore des «sièges bon marché» serait comparable à celle de ceux assis à l'avant ou au centre.

3. Ce métamatériau peut transporter et concentrer le son

Un groupe de chercheurs a conçu avec succès un métamatériau capable de transporter le son le long de ses bords et de le concentrer en son centre. L'équipe de la City University de New York a utilisé le domaine mathématique de la topologie pour concevoir le métamatériau.

"Pour construire leur nouveau métamatériau, Alù et ses partenaires de recherche ont utilisé une imprimante 3D pour créer une série de minuscules trimères, un anneau formé par trois résonateurs acoustiques. Les scientifiques ont apposé les trimères pour former un réseau triangulaire." - upi.com.


Voir la vidéo: Ecoute dun métamatériau acoustique.. (Octobre 2021).